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LS-DYNA在BGA焊錫回流中的應用

隨著電子產品向高性能、高密度的方向發展,BGA(Ball Grid Array)已成為電子封裝的核心技術,提供了更高的焊點密度,還改善了熱傳導性能,但其對焊接質量的要求也大大提高。如何有效模擬焊錫回流過程並預測潛在的焊接缺陷,已成為工程師在產品開發中面臨的一大挑戰。

挑戰:高效預測焊接缺陷

  • 焊接缺陷風險
    BGA封裝中的焊點缺陷(如虛焊、空洞、翹曲等),可能會影響產品的導電性和可靠性。例如,虛焊可能導致電流無法正常流通,空洞則可能引起焊點的結構不穩定,進而影響整體電路的穩定性與性能。隨著封裝配置的多樣化,這些缺陷的風險也在不斷增加。
  • 數萬焊點建模挑戰
    大型BGA模型包含數萬個焊點。由於計算資源的限制,傳統模擬方法無法有效處理如此龐大的數據,導致模擬周期過長,難以滿足產品開發需求。

組裝缺陷

解決方案:LS-DYNA ISPG方法的技術突破

LS-DYNA採用了不可壓縮平滑粒子 Galerkin 方法(ISPG),為熔融焊錫回流過程提供了高效且精準的模擬能力。突破了傳統的網格基礎模擬技術,能夠更準確地處理流體與固體的複雜相互作用。

  • 焊錫流動與物理現象捕捉
    ISPG 方法能準確模擬焊錫流動過程,考慮到表面張力和接觸角等關鍵物理現象,進而還原焊接過程的真實狀態。
  • 自適應重網格技術
    具備動態重網格能力,可處理不同尺寸焊球在回流過程中的幾何變化,有效提升大規模BGA 模型的模擬精度與效率。
  • 單一求解器中的流固耦合分析
    ISPG 方法實現了流體與結構的高效耦合分析,將原本可能需要數週的計算時間縮短至一天,大幅提升了計算效率。

ISPG具有自適應重網格技術,應用於大型BGA模型的分析

效益:優化工藝與降低成本

  • 焊接工藝優化
    透過精確的模擬,工程師能有效調整焊接參數,降低焊接缺陷的發生率,保證產品的高可靠性。
  • 降低原型製作成本
    利用模擬技術,減少物理試驗的需求,不僅縮短開發時間,還能有效降低新封裝設計的成本。

LS-DYNA ISPG 方法展示了粒子法在電子封裝中的巨大潛力,不僅突破了流體模擬的瓶頸,還為高密度、高複雜度的封裝設計提供了解決方案。隨著技術的發展,這項方法將持續推動電子封裝領域的創新,幫助工程師更有效地進行產品設計與製程優化。

資料參考:ANSYS 簡報內容

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